FLUENT培训教材01简介ppt课件

1、ANSYS FLUENT 培训教材第一节：CFD简介安世亚太科技北京什么是 CFD?CFD是计算流体动力学Computational fluid dynamics的缩写，是预测流体流动、传热传质、化学反响及其他相关物理景象的一门学科。CFD普通要经过数值方法求解以下的控制方程组质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程组分守恒方程体积力等等CFD 分析普通运用在以下阶段:概念设计产品的详细设计发现问题改良设计CFD分析是物理实验的补充，但更节省费用和人力。CFD如何任务?ANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的计算域离散化为一系列控制体积在这些控制体上求解质量、动量、能量、组分等的通用守恒方程偏

2、微分方程组离散化为代数方程组用数值方法求解代数方程组以获取流场解Fluid region of pipe flow is discretized into a finite set of control volumes. EquationVariableContinuity1X momentumuY momentumvZ momentumwEnergyhControlVolume* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control vo

3、lumes are node-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGenerationCFD 模拟概览问题定义确定模拟的目的确定计算域前处置和求解过程创建代表计算域的几何实体设计并划分网格设置物理问题物理模型、资料属性、域属性、边境条件 定义求解器 数值格式、收敛控制 求解并监控后处置过程查看计算结果修订模型Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsSolveCompute solutionPost Proce

4、ssingExamine resultsUpdate Model1. 定义模拟目的他希望得到什么样的结果例如，压降，流量，他如何运用这些结果？他的模拟有哪些选择？他的分析应该包括哪些物理模型例如，湍流，紧缩性，辐射？他需求做哪些假设和简化？他能做哪些假设和简化如对称、周期性？他需求本人定义模型吗？FLUENT运用UDF，CFX运用 User FORTRAN计算精度要求到什么级别？他希望多久能拿到结果？CFD能否是适宜的工具？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domain2. 确定计算域如何把一个完成的物理系统分割出来？计算域的起始和终了位置在

5、这些位置他能获得边境条件吗？这些边境条件类型适宜吗？他能把边境延伸到有适宜数据的位置吗？能简化为二维或者轴对称问题吗？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainDomain of Interestas Part of a LargerSystem (not modeled)Domain of interestisolated and meshedfor CFD simulation.3. 创建几何模型他如何得到流体域的几何模型？运用现有的CAD模型从固体域中抽取出流体域？直接创建流体几何模型他能简化几何吗？去除能够引起复杂网格的不用要特征

6、倒角、焊点等运用对称或周期性？流场和边境条件能否都是对称或周期性的？他需求切分模型以获得边境条件或者创建域吗？Solid model of a Headlight AssemblyPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver Settings4. 设计和划分网格计算域的各个部分都需求哪种程度的网格密度？网格必需能捕捉感兴趣的几何特征，以及关怀变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、温度梯度等。他能估计出大梯度的位置吗？他需求运用自顺应网格来捕捉大梯度吗？哪种类型的网格是最适宜的？几何的复杂度如何？他能运用四边形/六面体网格，或者三角形/四面体网格能否足够适宜？需求运

7、用非一致边境条件吗？他有足够的计算机资源吗？需求多少个单元/节点？需求运用多少个物理模型？PyramidPrism/WedgeHexahedronPre-ProcessingGeometryMeshingPhysicsSolver SettingsTriangleQuadrilateralTetrahedron四边形/六面体还是三角形/四面体网格对沿着构造方向的流动，四边形/六面体网格和三角形/四面体网格相比，能用更少的单元/节点获得高精度的结果当网格和流动方向一致，四边形/六面体网格能减少数值分散在创建网格阶段，四边形/六面体网格需求破费更多人力四边形/六面体还是三角形/四面体网格Tetra

8、hedral meshWedge (prism) mesh对复杂几何，四边形/六面体网格没有数值优势，他可以运用三角形/四面体网格或混合网格来节省划分网格的任务量生成网格快速流动普通不沿着网格方向混合网格普通运用三角形/四面体网格，并在特定的域里运用其他类型的单元例如，用棱柱型网格捕捉边境层比单独运用三角形/四面体网格更有效多域或混合网格多域或混合网格在不同的域运用不同的网格类型，例如 在风扇和热源处运用六面体网格在其他地方运用四面体/棱柱体网格多域网格是求解精度、计算效率和生成网格任务量之间的很好的平衡手段当不同域直接的网格节点不一致时，需求运用非一致网格技术。Model courtesy

9、of ROI Engineering非一致网格对复杂几何体，非一致网格很有用分别划分每一个域，然后粘接在其他情况下，也运用非一致网格界面技术不同坐标系之间挪动网格Non-conformalinterface3D Film CoolingCoolant is injected into a duct from a plenum. The plenum is meshed with tetrahedral cells while the duct is meshed with hexahedral cellsCompressor and ScrollThe compressor and scrol

10、l are joined through a non conformal interface. This serves to connect the hex and tet meshes and also allows a change in reference frame设置物理问题和求解器对给定的问题，他需求定义资料属性流体 固体混合物选择适宜的物理模型湍流，熄灭，多相流等。指定操作条件指定边境条件提供初始值设置求解器控制参数设置监测收敛参数For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuab

11、le experience with the models and solver settings for your problem in a short amount of time.Pre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver Settings求解经过迭代求解这些离散的守恒方程直至收敛以下情况到达收敛：两次迭代的流场结果差别小到可以忽略监测残差趋势能协助了解这个差别到达全局守恒全局量的平衡感兴趣的量如阻力、压降到达稳定值监测感兴趣量的变化.收敛解的精度和以下要素有关：适宜的物理模型，模型的精度网格密度，网格无关性数值误差A converged and me

12、sh-independent solution on a well-posed problem will provide useful engineering results!SolveCompute solution查看结果查看结果，抽取有用的数据运用可视化的工具能回答以下问题:什么是全局的流动类型？能否有分别？激波、剪切层等在哪儿出现？关键的流动特征能否捕捉住了？数值报告工具能给出以下量化结果：力、动量平均换热系数面积分、体积分量通量平衡Examine results to ensure property conservation and correct physical behavior

13、. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.Post ProcessingExamine resultsUpdate Model修订模型这些物理模型能否适宜？流动是湍流的吗？流动是非稳态的吗？能否有紧缩性效应？能否有三维效应？这些边境条件能否适宜？计算域能否足够大？边境条件能否适宜？边境值能否是合理的？网格能否是足够的？加密网格能否提高精度？网格能否有无关性？能否需求提高网格捕捉几何的细节Post ProcessingExamine resultsUpdate ModelFLUENT 中的物理模型流动和传热动量

14、、质量、能量方程辐射湍流雷诺平均模型 (Spalart-Allmaras, k, k, 雷诺应力模型)大涡模拟 (LES) 和分别涡模拟 (DES)组分输运体积反响Arrhenius 有限速率化学反响湍流快速化学反响涡耗散, 非预混, 预混，部分预混湍流有限速率反响EDC, laminar flamelet, composition PDF transport外表化学反响Pressure Contours in Near-Ground FlightTemperature Contours for Kiln Burner RetrofitFLUENT 中的物理模型多相流模型离散相模型 (DPM)

15、VOFMixturesEulerian-Eulerian and Eulerian-granularLiquid/Solid and cavitation phase change动网格Moving zonesSingle and multiple reference frames (MRF)Mixing plane modelSliding mesh modelMoving and deforming (dynamic) mesh (MDM)用户定义标量输运方程Pressure Contours in a Squirrel Cage Blower (Courtesy Ford Motor C

16、o.)GasoutletOiloutletThree-PhaseInletWateroutletContours of Oil Volume Fractionin a Three-Phase SeparatorWorkbench 2 中的FLUENT CFD启动ANSYS Workbench在工具栏中拖动Fluid Flow (FLUENT) 到工程栏里读入几何右键点击 Geometry cell A2 然后选择 Import Geometry读入几何文件 (CAD 模型或者 DesignModeler .agdb 文件)他也可以把 FLUENT 和曾经存在的 DesignModeler 进程衔接起来生成网格右键点击 Mesh cell 然后选择 Edit.Meshing 工具翻开，并读入几何选择Mesh留意由于网格是从FLUENT中翻开的，所以默许优先选择的是 FLUENT定义边境和域运用 Named selections定义边境名字选择他想指定名字的面右键选择 Create Named Selection.